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液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)油液的物理性質(zhì)
2019/10/17
表示粘性大小的物理量稱為粘度。粘度的大小決定了液壓油的流動(dòng)性，(1)動(dòng)力粘度μ面積各為一平方厘米，相距一厘米的兩層液體，以1厘米／秒的速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)產(chǎn)生的阻力為動(dòng)力粘度，或稱絕對(duì)粘度。絕對(duì)制單位為泊（達(dá)因?秒／厘米2），工程制單位為公斤?秒/米2。(2)運(yùn)動(dòng)粘度ν運(yùn)動(dòng)粘度是動(dòng)力粘度與密度的比值μ/ρ，用符號(hào)ν表示，它的絕對(duì)制單位為沲（厘米2/秒），工程制單位為米2/秒。(3)相對(duì)粘度°E是以液體的粘度相對(duì)于水的粘度的大小來表示該液體的粘度，又稱恩氏粘度，用符號(hào)°E表示，常用于工程上。恩氏粘度是測(cè)出某一溫度下從φ2.8毫米的小孔流出200毫升所需要的時(shí)間t1與蒸餾水在20℃流出相同體積所需時(shí)間t2的比值。
2.粘度與溫度、壓力的關(guān)系溫度升高時(shí)，油液的粘度下降，這種現(xiàn)象在50℃以下比較明顯，在50℃～100℃時(shí)變化較為平緩。粘溫性能好是指粘度隨溫度的變化越小越好。當(dāng)壓力增高時(shí)，油液的粘度增大。一般在300kgf/cm2以下時(shí)，粘度和壓力差不多成線關(guān)系，變化不大。當(dāng)壓力極高時(shí)，粘度會(huì)急劇增大。3.油液粘度的選擇一般根據(jù)液壓泵的種類，工作溫度和系統(tǒng)壓力來選擇，見下表。注：當(dāng)壓力高、溫度高、運(yùn)動(dòng)速度低時(shí)，取大值。液壓壓縮性的大小用壓縮系數(shù)βV來表示。它相當(dāng)于每增加1kgf/cm2壓力時(shí)，液體體積的變化值。體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為體積彈性系數(shù)，當(dāng)壓力p≤150kgf/cm2，溫度t＝20℃時(shí)，各種油液的體積壓縮系數(shù)一般取βV＝(5～7.5)(cm2/kgf)。
體積壓縮系數(shù)βV隨溫度的增加而增大，隨壓力的增加而減小。粘度越高，含氣量越大，βV值也越大。液壓膨脹性的大小用體積膨脹系數(shù)βt來表示。它表示溫度每升高1℃時(shí)，液體體積所發(fā)生的相對(duì)變化。液壓系統(tǒng)中作用的油液，液壓油的選擇應(yīng)考慮各元件的要求和其它工作條件。1.粘度適當(dāng)，粘溫性能好，壓縮性小。2.氧化穩(wěn)定性好，長(zhǎng)期工作不變質(zhì)。3.潤(rùn)滑性能好，防銹蝕能力強(qiáng)。4.抗泡沫性和抗乳化性能好。5.不含有水溶性酸堿，對(duì)液壓元件和密封裝置無侵蝕。6.無雜質(zhì)和沉淀物。7.燃點(diǎn)高，低溫用油要求凝點(diǎn)低。一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)常用機(jī)械油（10號(hào)、20號(hào)、30號(hào)），柴油機(jī)油（8號(hào)），汽油機(jī)油（22號(hào)、30號(hào)）。要求較高的液壓系統(tǒng)可采用專用液壓油。
1.液壓力總是垂直于任何受作用的表面。2.液體中，各點(diǎn)的壓力在所有的方向上都相等。3.在密閉的容器中，加在靜止液體的一部分上的壓力，以相等的強(qiáng)度傳給流體的所有其它部分。液壓系統(tǒng)的壓力大小決定于外部載荷。在同一液壓回路中，無論通路截面如何變化，只要無泄漏，它的流量是一定的，在管內(nèi)的任一截面上，單位時(shí)間內(nèi)所流過的液體質(zhì)量都相等。其中，F(xiàn)F2為大、小截面面積，vv2為液體流經(jīng)大、小截面的流速，ρ為液體密度。理想液體在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)，則無論液流的能量如何轉(zhuǎn)換，它在任何位置上的總能量是一定的。假設(shè)流體在不等截面管路中流動(dòng)，取任意兩個(gè)截面FF2，其壓力分別為pp2，流速分別為vv2，液位高度分別為hh2。液體重度為γ。
則兩截面單位時(shí)間流過的液體的壓力能為p1Q、p2Q，動(dòng)能為γQv12/2g，γQv22/2g，位能為γQhγQh2。此式為伯努利方程式。通常液體的位能可忽略不計(jì)，由此可見，當(dāng)F1＞F2時(shí)，v1＜v2，p1＞p2。由于液體粘性和壓縮性，在運(yùn)動(dòng)中要消耗一部分能量ΔW，由于液體動(dòng)量而產(chǎn)生的力稱為液動(dòng)力。當(dāng)液體向一個(gè)方向流動(dòng)時(shí)，同樣會(huì)存在方向相反的反作用液動(dòng)力。液體的流態(tài)可用雷諾數(shù)Re來判別。Re＜Re臨界時(shí)，流體為層流；當(dāng)Re＞Re臨界時(shí)，流體為紊流。水力半徑r等于液流有效截面積F與濕周長(zhǎng)度W（有效截面的周界長(zhǎng)度）的比值。圓形r＝d/4（d為直徑）矩形r＝bh/2(b+h)（h為高度。同心圓環(huán)r＝(d1-d2)/4d1為外圓直徑。
液體為紊流且內(nèi)壁光滑時(shí)，當(dāng)Re＜105時(shí)，λ＝0.3164Re-0.25；當(dāng)105＜Re＜3×106時(shí)，λ＝0.0032＋0.221Re-0.237。液壓系統(tǒng)的總壓力損失等于系統(tǒng)中全部沿程壓力損失和局部壓力損失的總和。壓力損失與液流速度的平方成正比，因此液流速度是影響壓力損失的最重要因素。為減少系統(tǒng)的壓力損失，液體在管路中的流速不應(yīng)過高。壓力高，管路短，油液粘度低時(shí)可取大值，反之應(yīng)取小值。1.薄壁小孔流量的計(jì)算所謂薄壁小孔，是指孔的長(zhǎng)度與直徑比值l/d≤0.5，式中：Cα—流量系數(shù)當(dāng)D/d≥7時(shí)，Cα＝0.6~0.62，當(dāng)D/d＜7時(shí)，2.細(xì)長(zhǎng)小孔流量計(jì)算所謂細(xì)長(zhǎng)小孔是指小孔長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直徑的小孔。
一般l＞20d以上。一個(gè)平面固定，另一個(gè)平面運(yùn)動(dòng)，并仍保持兩面構(gòu)成的間隙長(zhǎng)度l時(shí)，當(dāng)平面運(yùn)動(dòng)方向與液流方向一致時(shí)取正號(hào)，方向相反時(shí)取負(fù)號(hào)。環(huán)形縫隙的一個(gè)表面運(yùn)動(dòng)并保持原縫隙長(zhǎng)度l時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)表面的運(yùn)動(dòng)方向與液流方向一致時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)。環(huán)形縫隙中，內(nèi)環(huán)為圓錐環(huán)時(shí)，圓環(huán)形平面縫隙中液體呈放射狀的流動(dòng)（圖2-17），以上兩公式適用于縫隙長(zhǎng)度l較長(zhǎng)的情況，當(dāng)l很小時(shí)，必須充分考慮助流區(qū)的影響。1)液流突然截?cái)嗷驌Q向引起液壓沖擊。2)運(yùn)動(dòng)的工作部件制動(dòng)或換缶時(shí)因慣性力引起液壓沖擊。3)由于液壓元件的滯后動(dòng)作，使系統(tǒng)壓力不能及時(shí)調(diào)正，引起液壓沖擊。2.液流通道迅速關(guān)閉產(chǎn)生的壓力沖擊這種液壓沖擊與沖擊波在導(dǎo)管內(nèi)傳播的速度有關(guān)。
沖擊波傳播的速度越快，沖擊壓力越大。同時(shí)還因通道的關(guān)閉速度不同而有所差別。這種沖擊包含兩種情況，即完全沖擊和非完全沖擊。假設(shè)通道關(guān)閉的時(shí)間為t，沖擊波從起始點(diǎn)開始再反射回起始點(diǎn)的時(shí)間為T，那末t＜T時(shí)為完全沖擊，此時(shí)液流動(dòng)能全部轉(zhuǎn)為液壓能；t＞T時(shí)為非完全沖擊，此時(shí)只有部分液流動(dòng)能轉(zhuǎn)為液壓能。完全沖擊時(shí)(t＜T)，非完全沖擊時(shí)(t＜T)，由此可知，1)延長(zhǎng)通道關(guān)閉時(shí)間，如用先導(dǎo)閥減緩換向閥的換向速度。2)降低通道關(guān)閉前的液流速度，如在滑閥端部開緩沖槽等。3)縮短沖擊波傳播反射的時(shí)間，如縮短導(dǎo)管距離，或在距通道關(guān)閉部位較近的位置設(shè)置蓄能器。4)降低沖擊波傳播速度，如采用較大的導(dǎo)管直徑，采用彈性系數(shù)較大的導(dǎo)管材料。
2.粘度與溫度、壓力的關(guān)系溫度升高時(shí)，油液的粘度下降，這種現(xiàn)象在50℃以下比較明顯，在50℃～100℃時(shí)變化較為平緩。粘溫性能好是指粘度隨溫度的變化越小越好。當(dāng)壓力增高時(shí)，油液的粘度增大。一般在300kgf/cm2以下時(shí)，粘度和壓力差不多成線關(guān)系，變化不大。當(dāng)壓力極高時(shí)，粘度會(huì)急劇增大。3.油液粘度的選擇一般根據(jù)液壓泵的種類，工作溫度和系統(tǒng)壓力來選擇，見下表。注：當(dāng)壓力高、溫度高、運(yùn)動(dòng)速度低時(shí)，取大值。液壓壓縮性的大小用壓縮系數(shù)βV來表示。它相當(dāng)于每增加1kgf/cm2壓力時(shí)，液體體積的變化值。體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為體積彈性系數(shù)，當(dāng)壓力p≤150kgf/cm2，溫度t＝20℃時(shí)，各種油液的體積壓縮系數(shù)一般取βV＝(5～7.5)(cm2/kgf)。
體積壓縮系數(shù)βV隨溫度的增加而增大，隨壓力的增加而減小。粘度越高，含氣量越大，βV值也越大。液壓膨脹性的大小用體積膨脹系數(shù)βt來表示。它表示溫度每升高1℃時(shí)，液體體積所發(fā)生的相對(duì)變化。液壓系統(tǒng)中作用的油液，液壓油的選擇應(yīng)考慮各元件的要求和其它工作條件。1.粘度適當(dāng)，粘溫性能好，壓縮性小。2.氧化穩(wěn)定性好，長(zhǎng)期工作不變質(zhì)。3.潤(rùn)滑性能好，防銹蝕能力強(qiáng)。4.抗泡沫性和抗乳化性能好。5.不含有水溶性酸堿，對(duì)液壓元件和密封裝置無侵蝕。6.無雜質(zhì)和沉淀物。7.燃點(diǎn)高，低溫用油要求凝點(diǎn)低。一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)常用機(jī)械油（10號(hào)、20號(hào)、30號(hào)），柴油機(jī)油（8號(hào)），汽油機(jī)油（22號(hào)、30號(hào)）。要求較高的液壓系統(tǒng)可采用專用液壓油。
1.液壓力總是垂直于任何受作用的表面。2.液體中，各點(diǎn)的壓力在所有的方向上都相等。3.在密閉的容器中，加在靜止液體的一部分上的壓力，以相等的強(qiáng)度傳給流體的所有其它部分。液壓系統(tǒng)的壓力大小決定于外部載荷。在同一液壓回路中，無論通路截面如何變化，只要無泄漏，它的流量是一定的，在管內(nèi)的任一截面上，單位時(shí)間內(nèi)所流過的液體質(zhì)量都相等。其中，F(xiàn)F2為大、小截面面積，vv2為液體流經(jīng)大、小截面的流速，ρ為液體密度。理想液體在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)，則無論液流的能量如何轉(zhuǎn)換，它在任何位置上的總能量是一定的。假設(shè)流體在不等截面管路中流動(dòng)，取任意兩個(gè)截面FF2，其壓力分別為pp2，流速分別為vv2，液位高度分別為hh2。液體重度為γ。
則兩截面單位時(shí)間流過的液體的壓力能為p1Q、p2Q，動(dòng)能為γQv12/2g，γQv22/2g，位能為γQhγQh2。此式為伯努利方程式。通常液體的位能可忽略不計(jì)，由此可見，當(dāng)F1＞F2時(shí)，v1＜v2，p1＞p2。由于液體粘性和壓縮性，在運(yùn)動(dòng)中要消耗一部分能量ΔW，由于液體動(dòng)量而產(chǎn)生的力稱為液動(dòng)力。當(dāng)液體向一個(gè)方向流動(dòng)時(shí)，同樣會(huì)存在方向相反的反作用液動(dòng)力。液體的流態(tài)可用雷諾數(shù)Re來判別。Re＜Re臨界時(shí)，流體為層流；當(dāng)Re＞Re臨界時(shí)，流體為紊流。水力半徑r等于液流有效截面積F與濕周長(zhǎng)度W（有效截面的周界長(zhǎng)度）的比值。圓形r＝d/4（d為直徑）矩形r＝bh/2(b+h)（h為高度。同心圓環(huán)r＝(d1-d2)/4d1為外圓直徑。
液體為紊流且內(nèi)壁光滑時(shí)，當(dāng)Re＜105時(shí)，λ＝0.3164Re-0.25；當(dāng)105＜Re＜3×106時(shí)，λ＝0.0032＋0.221Re-0.237。液壓系統(tǒng)的總壓力損失等于系統(tǒng)中全部沿程壓力損失和局部壓力損失的總和。壓力損失與液流速度的平方成正比，因此液流速度是影響壓力損失的最重要因素。為減少系統(tǒng)的壓力損失，液體在管路中的流速不應(yīng)過高。壓力高，管路短，油液粘度低時(shí)可取大值，反之應(yīng)取小值。1.薄壁小孔流量的計(jì)算所謂薄壁小孔，是指孔的長(zhǎng)度與直徑比值l/d≤0.5，式中：Cα—流量系數(shù)當(dāng)D/d≥7時(shí)，Cα＝0.6~0.62，當(dāng)D/d＜7時(shí)，2.細(xì)長(zhǎng)小孔流量計(jì)算所謂細(xì)長(zhǎng)小孔是指小孔長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直徑的小孔。
一般l＞20d以上。一個(gè)平面固定，另一個(gè)平面運(yùn)動(dòng)，并仍保持兩面構(gòu)成的間隙長(zhǎng)度l時(shí)，當(dāng)平面運(yùn)動(dòng)方向與液流方向一致時(shí)取正號(hào)，方向相反時(shí)取負(fù)號(hào)。環(huán)形縫隙的一個(gè)表面運(yùn)動(dòng)并保持原縫隙長(zhǎng)度l時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)表面的運(yùn)動(dòng)方向與液流方向一致時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)。環(huán)形縫隙中，內(nèi)環(huán)為圓錐環(huán)時(shí)，圓環(huán)形平面縫隙中液體呈放射狀的流動(dòng)（圖2-17），以上兩公式適用于縫隙長(zhǎng)度l較長(zhǎng)的情況，當(dāng)l很小時(shí)，必須充分考慮助流區(qū)的影響。1)液流突然截?cái)嗷驌Q向引起液壓沖擊。2)運(yùn)動(dòng)的工作部件制動(dòng)或換缶時(shí)因慣性力引起液壓沖擊。3)由于液壓元件的滯后動(dòng)作，使系統(tǒng)壓力不能及時(shí)調(diào)正，引起液壓沖擊。2.液流通道迅速關(guān)閉產(chǎn)生的壓力沖擊這種液壓沖擊與沖擊波在導(dǎo)管內(nèi)傳播的速度有關(guān)。
沖擊波傳播的速度越快，沖擊壓力越大。同時(shí)還因通道的關(guān)閉速度不同而有所差別。這種沖擊包含兩種情況，即完全沖擊和非完全沖擊。假設(shè)通道關(guān)閉的時(shí)間為t，沖擊波從起始點(diǎn)開始再反射回起始點(diǎn)的時(shí)間為T，那末t＜T時(shí)為完全沖擊，此時(shí)液流動(dòng)能全部轉(zhuǎn)為液壓能；t＞T時(shí)為非完全沖擊，此時(shí)只有部分液流動(dòng)能轉(zhuǎn)為液壓能。完全沖擊時(shí)(t＜T)，非完全沖擊時(shí)(t＜T)，由此可知，1)延長(zhǎng)通道關(guān)閉時(shí)間，如用先導(dǎo)閥減緩換向閥的換向速度。2)降低通道關(guān)閉前的液流速度，如在滑閥端部開緩沖槽等。3)縮短沖擊波傳播反射的時(shí)間，如縮短導(dǎo)管距離，或在距通道關(guān)閉部位較近的位置設(shè)置蓄能器。4)降低沖擊波傳播速度，如采用較大的導(dǎo)管直徑，采用彈性系數(shù)較大的導(dǎo)管材料。
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